DE1104050B

DE1104050B - Excitation arrangement for a voltage and load-dependent excited synchronous machine

Info

Publication number: DE1104050B
Application number: DEL32041A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Heinz Janzen
Original assignee: Lloyd Dynamowerke GmbH
Current assignee: Lloyd Dynamowerke GmbH
Priority date: 1958-12-22
Filing date: 1958-12-22
Publication date: 1961-04-06

Description

Erregungsanordnung für eine spannungs-und lastabhängig erregte Synchronmaschine Es sind ruhende Erregeranordnungen für Synchronmaschinen bekannt, die aus Luftspaltdrosseln und Transformatoren zusammengesetzt sind und deren Wirkungsweise darin besteht, daß zwei Stromkomponenten, von denen die eine der Klemmenspannung und die andere dem Belastungsstrom der Maschine proportional ist, geometrisch so addiert werden, daß dabei die Phasenlage des Belastungsstromes berücksichtigt wird. Der aus dieser geometrischen Addition sich ergebende Strom wird über Gleichrichter dem Polrad zugeführt. Der auf diese Weise der Synchronmaschine zur Verfügung gestellte belastungsabhängige Erregerstrom stimmt, besonders hei hoch ausgenutzten Innenpolmaschinen, häufig nicht bei allen vorkommenden Belastungsfällen genügend gut mit demjenigen Erregerstrom überein, den die Maschine zur Spannungskonstanthaltung braucht.Excitation arrangement for a synchronous machine excited as a function of voltage and load There are stationary exciter arrangements for synchronous machines known, which consist of air gap chokes and transformers are assembled and their mode of operation consists in that two current components, one of which is the terminal voltage and the other is proportional to the load current of the machine, added geometrically in such a way that that the phase position of the load current is taken into account. The one from this The current resulting from geometric addition is fed to the pole wheel via a rectifier. The load-dependent one made available to the synchronous machine in this way The excitation current is often incorrect, especially in highly utilized internal pole machines in all load cases that occur sufficiently well with that exciter current that the machine needs to keep the voltage constant.

Dies ist beispielsweise auch der Fall bei einer schon vorgeschlagenen Erregungsanordnung für Synchronmaschinen mit einer spannungs- und lastabhängig erregten Erregermaschine, bei der zu einer Grunderregung der Erregermaschine geometrisch eine weitere Erregungskomponente addiert wird, die durch die Differenzbildung zweier Steuergrößen entsteht, die von der Generatorspannung und dem Belastungsstrom abgeleitet werden, um eine resultierende Steuergröße zu erhalten, die sowohl von der Größe als auch vom cos 9p des Belastungsstromes abhängig ist.This is also the case, for example, with one that has already been proposed Excitation arrangement for synchronous machines with a voltage and load-dependent excitation Exciter machine in which basic excitation of the exciter machine is geometrical Another excitation component is added, which is formed by the difference between two Control variables arise that are derived from the generator voltage and the load current to get a resulting control variable that is both on the size as well as on the cos 9p of the load current.

Der auf diese Weise gewonnene Erregerstrom ist weitgehend dem einen ganz bestimmten Belastungsfall entsprechenden Erregungsbedarf der Synchronmaschine angepaßt, so daß bei hochausgenutzten Maschinen nicht in allen vorkommenden Belastungsfällen der verfügbare Erregerstrom mit dem für die Spannungskonstanthaltung notwendigen Erregerstrom genügend übereinstimmt.The excitation current obtained in this way is largely the one very specific load case corresponding excitation requirement of the synchronous machine adapted, so that with highly utilized machines not in all load cases that occur the available excitation current with that necessary for maintaining the voltage constant Excitation current agrees sufficiently.

Es ist ferner auch schon vorgeschlagen worden, den bei den bisher beschriebenen Erregungsanordnungen bestehenden Mangel durch eine zusätzliche Regelung zu beheben, und zwar dadurch, daß die lastunabhängige (Leerlauf-) Komponente des Erregerstromes über eine Regeleinrichtung beeinflußt wird.It has also already been proposed that the previously described excitation arrangements existing deficiency by an additional regulation to fix, namely that the load-independent (idle) component of the Excitation current is influenced by a control device.

Diese Art der Regelung ist jedoch nur für Maschinen vorteilhaft, bei denen die zur Ausbildung des Feldes erforderliche Erregung (Leerlauferregung) nicht viel kleiner ist, als die zur Kompensation des Ankerfeldes bei induktivem Nennstrom erforderliche Zusatzerregung. Beträgt jedoch diese Zusatzerregung ein mehrfaches der Leerlauferregung, handelt es sich also um eine sogenannte »weiche« Maschine, so ist es unzweckmäßig, zum Regeln die die Leerlauferregung flussen, wie dies aus dem im folgenden dargestellten Beispiel ersichtlich ist.However, this type of control is only beneficial for machines which do not have the excitation required for the formation of the field (no-load excitation) is much smaller than that for compensation of the armature field with inductive nominal current required additional excitation. However, if this additional excitation is a multiple the no-load excitation, it is a so-called "soft" machine, so it is inexpedient to regulate the idle excitation flowing out like this can be seen in the example shown below.

In der Zeichnung stellen die Diagramme der Fig. 1 a und 1 b Erregerstromdiagramme dar, in denen die lastabhängige Komponente JA etwa viermal so groß ist als die Leerlaufkomponente IL.In the drawing, the diagrams of FIGS. 1 a and 1 b represent excitation current diagrams in which the load-dependent component JA is about four times as large as the idle component IL.

Aus Fig. 1 a ist ersichtlich, daß ein von einer Regelung an IL vorgenommener Eingriff den resultierenden Erregerstrom T", nur darin wesentlich verändert, wenn IL durch das Stellglied in sehr weiten Grenzen geändert werden kann.From Fig. 1a it can be seen that an intervention made by a control on IL changes the resulting excitation current T ″ significantly only if IL can be changed within very wide limits by the actuator.

Noch ungünstiger liegen die Verhältnisse offensichtlich bei Belastung mit reiner Wirklast, wie Fig. 1 b zeigt, wo die beiden Komponenten unter einem Winkel (p=90° addiert werden, so daß selbst eine Verdoppelung von JL noch eine relativ geringe Steuerwirkung besitzt.The conditions are evidently even more unfavorable under load with pure active load, as shown in FIG. 1 b, where the two components are at an angle (p = 90 ° can be added, so that even a doubling of JL is still a relative has little tax effect.

Die Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gestellt, die Erregungsanordnung einer Synchronmaschine so zu gestalten, daß die Wirkung weder durch ein ungünstiges Verhältnis JA/JL (Fig. l a) noch durch die Art der Addition von JA und IL (Fig. 1 b) beeinträchtigt wird.The invention has now set itself the task of designing the excitation arrangement of a synchronous machine in such a way that the effect is neither due to an unfavorable ratio JA / JL (Fig. 1a ) nor due to the type of addition of JA and IL (Fig. 1b) is affected.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung im wesentlichen darin, daß ein zusätzlicher steuerbarer Gleichstrom von einem Hilfsgleichrichter geliefert und über Widerstände in umgekehrter Richtung wie der von der Kompoundierungsanordnung gelieferte Gleichstrom ein und derselben Feldwicklung zugeführt wird.The solution to this problem consists essentially of the invention in that an additional controllable direct current from an auxiliary rectifier and through resistors in the reverse direction of that from the compounding arrangement supplied direct current is fed to one and the same field winding.

Der Hilfsgleichrichter kann dabei in einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wechselstromseitig von dem Ausgangsstrom eines steuerbaren Schaltelementes gespeist werden.The auxiliary rectifier can in a special embodiment of the invention on the AC side from the output current of a controllable Switching element are fed.

Als steuerbares Schaltelement dient zweckmäßig ein ein- oder mehrphasiger Transduktor in einer in der Transduktorentechnik gebräuchlichen Schaltung.A single-phase or multiphase switch element is expediently used as the controllable switching element Transductor in a circuit common in transducer technology.

Das steuerbare Schaltelement kann abhängig von der -Maschinenspannung, dem Leistungsfaktor und/ oder einer sonstigen Regel- oder Störgröße, z. B. der Antriebsdrehzahl, gesteuert werden.The controllable switching element can depend on the machine voltage, the power factor and / or another control or disturbance variable, e.g. B. the drive speed, being controlled.

Falls als steuerbares Schaltelement ein Transduktor verwendet wird, kann dessen Arbeitsspannung die -Maschinenspannung oder eine der Maschinenspannung proportionale Spannung oder auch eine an der Leerlauferregerdrossel abgegriffene Spannung sein. Außerdem kann der Transduktor mit einer Fremdspannung beliebiger Frequenz betrieben werden.If a transducer is used as a controllable switching element, its working voltage can be the machine voltage or one of the machine voltage proportional voltage or one tapped at the idle exciter throttle Be tension. In addition, the transducer can be used with any external voltage Frequency operated.

Ferner ist es möglich, den Arbeitsstrom des Transduktors vor seiner Gleichrichtung über eine Hilfstvicklung des den lastabhängigen Teil der Erregung liefernden Stromtransformators zu führen.It is also possible to check the working current of the transductor before it Rectification via an auxiliary winding of the load-dependent part of the excitation supplying current transformer to lead.

Die Zeichnung zeigt in Fig.2 ein beispielsweises Prinzipschaltbild zur Erläuterung der Steuerung der Ventilwirkung des Erregergleichrichters. In den Fig.3 und 4 sind Prinzipschaltbilder von Ausführungsbeispielen der Erregungsanordnung nach der Erfindung dargestellt.The drawing shows an exemplary basic circuit diagram in FIG to explain the control of the valve action of the exciter rectifier. In the 3 and 4 are basic circuit diagrams of exemplary embodiments of the excitation arrangement shown according to the invention.

In Fig.2, die eine grundsätzliche Anordnung der Steuerung der Ventilwirkung eines Gleichrichters darstellt, wird sowohl der Verbraucher 12 (Polrad) als auch der ihm parallel geschaltete Gleichrichter 13 von einem eingeprägten Gleichstrom durchflossen. Solange der Gleichrichterstrom JG Null ist, ist der Verbraucherstrom gleich l1. Ist jedoch die Sperrwirkung des Gleichrichters 13 dadurch aufgehoben, daß durch ihn der eingeprägte Strom JG in der eingezeichneten Richtung geführt wird, dann vermindert sich der eingeprägte Strom im Verbraucher um JG.In Fig.2, the basic arrangement of the control of the valve action represents a rectifier, both the consumer 12 (pole wheel) and the rectifier 13 connected in parallel to it from an impressed direct current flowed through. As long as the rectifier current JG is zero, the consumer current is equal to l1. However, if the blocking effect of the rectifier 13 is canceled, that the impressed current JG is guided through it in the direction shown, then the current applied to the consumer is reduced by JG.

Für den Fall, daß der Strom J1 durch Gleichrichtung eines eingeprägten Wechselstromes erhalten wird, kann die erläuterte Funktion des Gleichrichters 13 von dem Gleichrichter für 1, mit übernommen werden, wie dies in den Anordnungen nach den Fig. 3 und -1 verwirklicht ist.In the event that the current J1 is impressed by rectifying a AC current is obtained, the explained function of the rectifier 13 from the rectifier for 1, with can be taken over, as in the arrangements according to FIGS. 3 and -1 is realized.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 speist die Synchronmaschine 14 über das Erregergerät 15 und den Gleichrichter 16 die Erregerwicklung 17 ihres Polrades.In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the synchronous machine feeds 14 via the excitation device 15 and the rectifier 16, the excitation winding 17 of their Pole wheel.

Der Transduktor 18 wird durch Regel- und/ oder Steuergrößen x beeinflußt, die beispielsweise von der :lfaschinenspannung und/oder dem Leistungsfaktor abgeleitet sein können.The transducer 18 is influenced by regulating and / or control variables x, derived, for example, from the engine voltage and / or the power factor could be.

Der abhängige, von der Größe x gesteuerte Ausgangsstrom des Transduktors 18 wird von dem Gleichrichter 19 gleichgerichtet und über die Widerstände 20 und 21 dem Erregergleichrichter 16 zugeführt. Der Gleichrichter 16 hat hier neben der Aufgabe, den vom Erregergerät 15 gelieferten eingeprägten Strom gleichzurichten, noch dieselbe Funktion wie der Gleichrichter 13 der Fig. 2. Seine Ventilwirlzung wird demnach von dem eingeprägten Gleichstrom des Gleichrichters 19 gesteuert.The dependent output current of the transducer controlled by the variable x 18 is rectified by the rectifier 19 and via the resistors 20 and 21 fed to the exciter rectifier 16. The rectifier 16 has here in addition to The task of rectifying the impressed current supplied by the exciter 15, still the same function as the rectifier 13 of FIG. 2. Its valve rotation is accordingly controlled by the impressed direct current of the rectifier 19.

Die Widerstände 20 und 21 sollen verhindern, daß der vom Gleichrichter 16 gelieferte Strom anstatt über die Erregerwicklung 17 über den Gleichrichter 19 fließt und müssen deshalb groß gegenüber dem ohmschen Widerstand der Erregerwicklung 17 sein.The resistors 20 and 21 are to prevent that from the rectifier 16 supplied current instead of via the excitation winding 17 via the rectifier 19 flows and must therefore be large compared to the ohmic resistance of the field winding 17 be.

Der Transduktor 18 kann ein- oder mehrphasig in einer der in der Transduktortechnik gebräuchlichen Schaltungen verwendet werden. Da als Arbeitsspannung des Transduktors 18 auch eine beliebige Fremd-Spannung benutzbar ist, ist es im Hinblick auf die dadurch mögliche Gewichts- und Materialersparnis vorteilhaft, mit einer Spannung höherer Frequenz zu arbeiten.The transducer 18 can have one or more phases in one of the transductor technology common circuits are used. As the working voltage of the transductor 18 any external voltage can also be used, it is with regard to the thereby possible weight and material savings advantageous, with one tension higher frequency to work.

Ist die Arbeitsspannung des Transduktors 18 die Maschinenspannung oder eine ihr proportionale Spannung oder auch eine an der Drossel 22 abgegriffene Spannung, dann besteht die Möglichkeit, den Magnetverstärkerstrom nicht nur auf der Gleichstromseite der Erregeranordnung einwirken zu lassen, sondern durch ihn auch noch den dem Gleichrichter 16 zugeführten Wechselstrom im gleichen Sinne wie den Gleichstrom zu beeinflussen. Mit einer solchen Anordnung, wie sie das Schaltbild der Fig.4 zeigt, kann schon mit einem kleinen Transduktorstrom eine verhältnismäßig große Beeinflussung des Erregergleichstromes erzielt werden.Is the working voltage of the transducer 18 the machine voltage or a voltage proportional to it or a voltage tapped at the choke 22 Voltage, then there is the possibility of not only increasing the magnetic amplifier current the direct current side of the exciter arrangement to act, but through him also the alternating current supplied to the rectifier 16 in the same sense as to influence the direct current. With such an arrangement as shown in the circuit diagram 4 shows, even with a small transducer current, a relatively great influence on the direct excitation current can be achieved.

In Fig.4 wird der Ausgangsstrom des Transduktors 18, der an einer Anzapfung der Drossel 22 liegt, ehe er dem Gleichrichter 19 zugeführt wird, so über die UTicklung 24 des Stromtransformators 23 geführt, daß er in der Zweitwicklung 25 des Stromtransformators 23 einen Strom zur Folge hat, der den dem Gleichrichter 16 zugeführten Strom verkleinert.In Fig.4, the output current of the transductor 18, which is applied to a Tapping of the throttle 22 is before it is fed to the rectifier 19, so about the UTicklung 24 of the current transformer 23 led that it is in the second winding 25 of the current transformer 23 results in a current that corresponds to that of the rectifier 16 supplied current is reduced.

Der gleichgerichtete Ausgangsstrom des Transduktors 18 bewirkt dann nach dem an Hand der Fig. 2 erläuterten und auch in Fig. 3 angewendeten Prinzip noch eine weitere Verkleinerung des der Erregerwicklung 17 zugeführten Stromes.The rectified output current of the transductor 18 then causes according to the principle explained with reference to FIG. 2 and also applied in FIG. 3 a further reduction in the current supplied to the excitation winding 17.

Die Erregungsanordnung nach der Erfindung kann auch dazu verwendet werden, die Feldwicklung einer den Polraderregerstrom der Synchronmaschine liefernden Erreger- oder Verstärkermaschine zu speisen.The excitation arrangement according to the invention can also be used for this purpose are, the field winding of a supplying the pole wheel excitation current of the synchronous machine To feed the exciter or amplifier machine.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Excitation arrangement for a voltage- and load-dependent excited synchronous machine with a compounding arrangement consisting of chokes, transformers and rectifiers, characterized in that an additional controllable direct current is supplied by an auxiliary rectifier and via resistors in the opposite direction as the direct current supplied by the compounding arrangement and fed to the same field winding.

2. Excitation order according to claim 1, characterized in that the auxiliary rectifier is on the AC side is fed by the output current of a controllable switching element.

3. Excitation order according to claim 2, characterized in that the controllable switching element is an or a multi-phase transducer in a transductor commonly used in transducer technology Circuit is.

4. excitation arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that that the controllable switching element depends on the machine voltage, the power factor and / or another control or disturbance variable, e.g. B. the drive speed controlled will.

5. excitation arrangement according to claim 3, characterized in that the working voltage of the transducer the machine voltage or one proportional to the machine voltage Voltage or a voltage tapped at the no-load excitation throttle.

6. Excitation order according to claim 3, characterized in that the working voltage of Transductor is an external voltage of any frequency.

7. Excitation order according to Claim 3, 5 or 6, characterized in that the working current of the transductor before its rectification via an auxiliary winding of the load-dependent part of the Excitation supplying current transformer is performed. B. excitation arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the output direct current of the exciter, the field winding of an exciter supplying the pole wheel excitation current or amplifier machine. Publications considered: German patent specification No. 937 537.